(57)【要約】【課題】発光素子および受光素子をモノリシックに集積することができ、個別に光量検出を行うことが可能な受発光装置を提供する。【解決手段】本発明に係る受発光装置１００は、光吸収層１０３と、光吸収層１０３の上方に形成された第１クラッド層１０４と、第１クラッド層１０４の上方に形成された活性層１０６と、活性層１０６の上方に形成された第２クラッド層１０８と、を含み、活性層１０６のうちの少なくとも一部は、利得領域１６０を構成し、利得領域１６０は、活性層１０６の第１側面１０５側の端面１７０と、第１側面１０５に対向する活性層１０６の第２側面１０７側の端面１７２と、を有し、第１側面１０５側の端面１７０および第２側面１０７側の端面１７２の少なくとも一方は、出射面であり、利得領域１６０に生じる光の一部は、第１クラッド層１０４内を通過して、光吸収層１０３に至り、受光される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光吸収層と、
前記光吸収層の上方に形成された第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２クラッド層と、
を含み、
前記活性層のうちの少なくとも一部は、利得領域を構成し、
前記利得領域は、前記活性層の第１側面側の端面と、前記第１側面に対向する前記活性層の第２側面側の端面と、を有し、
前記第１側面側の端面および前記第２側面側の端面の少なくとも一方は、出射面であり、
前記利得領域に生じる光の一部は、前記第１クラッド層内を通過して、前記光吸収層に至り、受光される、受発光装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記光吸収層に至る光は、前記利得領域に生じる光のうち、前記第１側面側の端面および前記第２側面側の端面近傍の光である、受発光装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記光吸収層に至る光は、前記利得領域に生じる光のうち、前記第１側面側の端面および前記第２側面側の端面における屈折率差によって、前記利得領域の伝播モードとは異なるモードを有する光である、受発光装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記第１クラッド層の屈折率は、前記第２クラッド層の屈折率より大きい、受発光装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記第１クラッド層および前記第２クラッド層は、ＡｌＧａＡｓ層であり、
前記第１クラッド層のＡｌ組成比は、前記第２クラッド層のＡｌ組成比より小さい、受発光装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記利得領域は、前記第１側面の垂線に対して傾いた方向に向かって設けられている、受発光装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかにおいて、
前記利得領域では、前記第１側面側から平面的にみて、前記第１側面側の端面と、前記第２側面側の端面とは、重なっていない、受発光装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかにおいて、
前記光吸収層の下方に設けられた第３クラッド層と、
前記第１クラッド層に電気的に接続された第１電極と、
前記第２クラッド層に電気的に接続された第２電極と、
前記第３クラッド層に電気的に接続された第３電極と、
を含む、受発光装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかにおいて、
前記利得領域は、複数配列され、
隣り合う前記利得領域の間には、分離溝が形成され、
前記分離溝の底面は、前記吸収層の下面より下方に位置している、受発光装置。
【請求項１０】
請求項６ないし８のいずれかにおいて、
前記利得領域に生じる光の波長帯において、前記第１側面の反射率は、前記第２側面の反射率よりも高く、
前記利得領域は、複数設けられ、
複数の前記利得領域は、少なくとも１つの利得領域対をなし、
前記利得領域対の一方の第１利得領域は、一の方向に向かって設けられ、
前記利得領域対の他方の第２利得領域は、前記一の方向とは異なる他の方向に向かって設けられ、
前記第１利得領域の前記第１側面側の端面と、前記第２利得領域の前記第１側面側の端面とは、重なっている、受発光装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記利得領域対は、複数配列され、
隣り合う前記利得領域対の間には、分離溝が形成され、
前記分離溝の底面は、前記吸収層の下面より下方に位置している、受発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信等で用いられる半導体発光デバイスにおいては、一般的に、装置の外部に半透過ミラーや回折素子を配置して出射した光の一部を取り出し、その光を受光素子によって検出することで、光量の調整等を行っている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、レーザーダイオードからの光を分光プリズム等で分岐させ、その分岐させた光を検出するモニター用フォトダイオードを有する光ピックアップ装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示された方法では、発光素子と受光素子が個々に設けられているため、別途分光プリズム等の光学素子が必要となり、部品点数が多くなる、小型化が難しいといった問題がある。また、表示装置に用いるためには、複数のレーザーダイオードの光量を個々に検出する必要があるが、個別に受光素子を設けるのは困難であるといった問題がある。
【０００６】
本発明の目的の一つは、発光素子および受光素子をモノリシックに集積することができ、個別に光量検出を行うことが可能な受発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る受発光装置は、
光吸収層と、
前記光吸収層の上方に形成された第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２クラッド層と、
を含み、
前記活性層のうちの少なくとも一部は、利得領域を構成し、
前記利得領域は、前記活性層の第１側面側の端面と、前記第１側面に対向する前記活性層の第２側面側の端面と、を有し、
前記第１側面側の端面および前記第２側面側の端面の少なくとも一方は、出射面であり、
前記利得領域に生じる光の一部は、前記第１クラッド層内を通過して、前記光吸収層に至り、受光される。
【０００８】
本発明に係る受発光装置は、発光素子および受光素子をモノリシックに集積することができ、個別に光量検出を行うことができる。
【０００９】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。同様に、「下方」という文言は、Ａ下に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ下に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとする。
【００１０】
本発明に係る受発光装置において、
前記光吸収層に至る光は、前記利得領域に生じる光のうち、前記第１側面側の端面および前記第２側面側の端面近傍の光であることができる。
【００１１】
本発明に係る受発光装置において、
前記光吸収層に至る光は、前記利得領域に生じる光のうち、前記第１側面側の端面および前記第２側面側の端面における屈折率差によって、前記利得領域の伝播モードとは異なるモードを有する光であることができる。
【００１２】
本発明に係る受発光装置において、
前記第１クラッド層の屈折率は、前記第２クラッド層の屈折率より大きいことができる。
【００１３】
本発明に係る受発光装置において、
前記第１クラッド層および前記第２クラッド層は、ＡｌＧａＡｓ層であり、
前記第１クラッド層のＡｌ組成比は、前記第２クラッド層のＡｌ組成比より小さいことができる。
【００１４】
本発明に係る受発光装置において、
前記利得領域は、前記第１側面の垂線に対して傾いた方向に向かって設けられていることができる。
【００１５】
本発明に係る受発光装置において、
前記利得領域では、前記第１側面側から平面的にみて、前記第１側面側の端面と、前記第２側面側の端面とは、重なっていないことができる。
【００１６】
本発明に係る受発光装置において、
前記光吸収層の下方に設けられた第３クラッド層と、
前記第１クラッド層に電気的に接続された第１電極と、
前記第２クラッド層に電気的に接続された第２電極と、
前記第３クラッド層に電気的に接続された第３電極と、
を含むことができる。
【００１７】
なお、本発明に係る記載では、「電気的に接続」という文言を、例えば、「特定の部材（以下「Ｃ部材」という）に「電気的に接続」された他の特定の部材（以下「Ｄ部材」という）」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ｃ部材とＤ部材とが、直接接して電気的に接続されているような場合と、Ｃ部材とＤ部材とが、他の部材を介して電気的に接続されているような場合とが含まれるものとして、「電気的に接続」という文言を用いている。
【００１８】
本発明に係る受発光装置において、
前記利得領域は、複数配列され、
隣り合う前記利得領域の間には、分離溝が形成され、
前記分離溝の底面は、前記吸収層の下面より下方に位置していることができる。
【００１９】
本発明に係る受発光装置において、
前記利得領域に生じる光の波長帯において、前記第１側面の反射率は、前記第２側面の反射率よりも高く、
前記利得領域は、複数設けられ、
複数の前記利得領域は、少なくとも１つの利得領域対をなし、
前記利得領域対の一方の第１利得領域は、一の方向に向かって設けられ、
前記利得領域対の他方の第２利得領域は、前記一の方向とは異なる他の方向に向かって設けられ、
前記第１利得領域の前記第１側面側の端面と、前記第２利得領域の前記第１側面側の端面とは、重なっていることができる。
【００２０】
本発明に係る受発光装置において、
前記利得領域対は、複数配列され、
隣り合う前記利得領域対の間には、分離溝が形成され、
前記分離溝の底面は、前記吸収層の下面より下方に位置していることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施形態に係る受発光装置を模式的に示す平面図。
【図２】第１の実施形態に係る受発光装置を模式的に示す断面図。
【図３】第１の実施形態に係る受発光装置を模式的に示す断面図。
【図４】第１の実施形態に係る受発光装置の活性層を第１側面側から平面的にみた図。
【図５】第１の実施形態に係る受発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】第１の実施形態に係る受発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】第１の実施形態に係る受発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】第１の実施形態に係る受発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図９】第１の実施形態に係る受発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１０】第１の実施形態に係る受発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１１】第１の実施形態に係る受発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１２】第１の実施形態に係る受発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１３】第１の実施形態に係る受発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１４】第１の実施形態の第１変形例に係る受発光装置を模式的に示す断面図。
【図１５】第１の実施形態の第２変形例に係る受発光装置を模式的に示す平面図。
【図１６】第１の実施形態の第２変形例に係る受発光装置を模式的に示す断面図。
【図１７】第２の実施形態に係る受発光装置を模式的に示す平面図。
【図１８】第２の実施形態に係る受発光装置を模式的に示す断面図。
【図１９】第２の実施形態の変形例に係る受発光装置を模式的に示す平面図。
【図２０】第２の実施形態の変形例に係る受発光装置を模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
１．  第１の実施形態
１．１．  第１の実施形態に係る受発光装置
まず、第１の実施形態に係る受発光装置１００について、図面を参照しながら説明する。図１は、受発光装置１００を模式的に示す平面図である。図２は、受発光装置１００を模式的に示す図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図３は、受発光装置１００を模式的に示す図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。なお、図１では、便宜上、第２電極１１４の図示を省略している。
【００２３】
以下では、受発光装置１００の構成、発光の動作原理、受光の動作原理の順に説明する。
【００２４】
（１）構成
受発光装置１００は、図１〜図３に示すように、光吸収層１０３と、第１クラッド層１０４と、活性層１０６と、第２クラッド層１０８と、を含む。受発光装置１００は、さらに、基板１０１と、第３クラッド層１０２と、コンタクト層１１０と、第１電極１１２と、第２電極１１４と、第３電極１１５と、絶縁部１１６と、を含むことができる。
【００２５】
基板１０１としては、例えば、第１導電型（例えばｐ型）のＧａＡｓ基板などを用いることができる。
【００２６】
第３クラッド層１０２は、基板１０１上に形成されている。第３クラッド層１０２としては、例えば、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層などを用いることができる。
【００２７】
光吸収層１０３は、第３クラッド層１０２上に形成されている。光吸収層１０３としては、例えば、ＧａＡｓ層などを用いることができる。光吸収層１０３は、後述するように、利得領域１６０に生じる光の一部を、吸収することができる。
【００２８】
第１クラッド層１０４は、第３クラッド層１０３上に形成されている。第１クラッド層１０４としては、例えば、第２導電型（例えばｎ型）のＡｌＧａＡｓ層などを用いることができる。第１クラッド層１０４は、図３に示すように、窪み部１０４ａを有することができ、窪み部１０４ａの底面には、第１電極１１２が形成されることができる。
【００２９】
活性層１０６は、第１クラッド層１０４上に形成されている。活性層１０６は、例えば、ＧａＡｓウェル層とＡｌＧａＡｓバリア層とから構成される量子井戸構造を３つ重ねた多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。活性層１０６の形状は、例えば直方体（立方体である場合を含む）などである。活性層１０６は、図１に示すように、第１側面１０５と第２側面１０７とを有する。第１側面１０５と第２側面１０７とは、対向している。図示の例では、第１側面１０５と第２側面１０７とは、平行である。
【００３０】
活性層１０６の一部は、利得領域１６０を構成している。利得領域１６０は、図１および図２に示すように、第１側面１０５に設けられた第１端面１７０と、第２側面１０７に設けられた第２端面１７２と、を有する。利得領域１６０の平面形状は、例えば図１に示すような平行四辺形などである。図示の例では、利得領域１６０は、第１端面１７０から第２端面１７２まで、直線状に、第１側面１０５の垂線Ｐに対して傾いた方向に向かって設けられている。これにより、利得領域１６０に生じる光のレーザー発振を抑制または防止することができる。ここで、図４は、活性層１０６を第１側面１０５側から平面的にみた図である。図４に示すように、第１端面１７０と第２端面１７２とは、重なっていない。すなわち、第１端面１７０と第２端面１７２とのずれ幅ｘは、正の値となる。これにより、利得領域１６０に生じる光を第１端面１７０と第２端面１７２との間で、直接的に多重反射させないことができる。その結果、直接的な共振器を構成させないことができるため、利得領域１６０に生じる光のレーザー発振をより確実に抑制または防止することができる。したがって、受発光装置１００は、レーザー光ではない光を発することができる。
【００３１】
なお、図示はしないが、利得領域１６０は、第１端面１７０から第２端面１７２まで、直線状に、第１側面１０５の垂線Ｐと平行となる方向に向かって設けられていてもよい。すなわち、活性層１０６を第１側面１０５側から平面的にみたときに、第１端面１７０と第２端面１７２とは、完全に重なっていてもよい。この場合には、共振器が構成され、受発光装置１００は、レーザー光を発することができる。
【００３２】
第２クラッド層１０８は、図２および図３に示すように、活性層１０６上に形成されている。第２クラッド層１０８としては、例えば、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層などを用いることができる。第１クラッド層１０４および第２クラッド層１０８としてＡｌＧａＡｓ層を用いた場合、第１クラッド層１０８のＡｌ（アルミニウム）組成比は、第２クラッド層のＡｌ組成比より小さいことができる。これにより、第１クラッド層１０４の屈折率を、第２クラッド１０８の屈折率より大きくすることができる。すなわち、第１クラッド層１０４と活性層１０６との屈折率の差を、第２クラッド層１０８と活性層１０６との屈折率の差に比べて小さくすることができる。
【００３３】
コンタクト層１１０は、図２および図３に示すように、第２クラッド層１０８上に形成されている。コンタクト層１１０としては、第２電極１１４とオーミックコンタクトする層を用いることができる。コンタクト層１１０としては、例えば、ｐ型のＧａＡｓ層などを用いることができる。コンタクト層１１０と、第２クラッド層１０８の一部とは、図３に示すように、柱状部１１１を構成することができる。柱状部１１１の平面形状は、例えば図１に示すように、利得領域１６０と同じである。すなわち、例えば、柱状部１１１の平面形状によって、電極１１２，１１４間の電流経路が決定され、その結果、利得領域１６０の平面形状が決定される。なお、図示はしないが、柱状部１１１は、例えば、コンタクト層１１０、第２クラッド層１０８、および活性層１０６から構成されていてもよいし、さらに、第１クラッド層１０４をも含んで構成されていてもよい。また、柱状部１１１の側面を傾斜させることもできる。
【００３４】
絶縁部１１６は、図３に示すように、第２クラッド層１０８上であって、柱状部１１１の側方に形成されている。絶縁部１１６は、柱状部１１１の側面に接していることができる。絶縁部１１６の上面は、例えば、コンタクト層１１０の上面と連続している。絶縁部１１６としては、例えば、ＳｉＮ層、ＳｉＯ２層、ポリイミド層などを用いることができる。絶縁部１１６としてこれらの材料を用いた場合、電極１１２，１１４間の電流は、絶縁部１１６を避けて、該絶縁部１１６に挟まれた柱状部１１１を流れることができる。絶縁部１１６は、活性層１０６の屈折率よりも小さい屈折率を有することができる。この場合、絶縁部１１６を形成した部分の垂直断面の有効屈折率は、絶縁部１１６を形成しない部分、すなわち、柱状部１１６が形成された部分の垂直断面の有効屈折率よりも小さくなる。これにより、平面方向において、利得領域１６０内に効率良く光を閉じ込めることができる。なお、図示はしないが、絶縁部１１６を設けず、絶縁部１１６が空気であると解釈してもよい。
【００３５】
第１電極１１２は、第１クラッド層１０４上に形成されている。より具体的には、第１電極１１２は、第１クラッド層１０４の窪み部１０４ａの底面上に形成されている。第１電極１１２は、利得領域１６０に光を生じさせるための一方の電極であり、かつ、利得領域１６０に生じる光の一部を受光するための一方の電極でもある。すなわち、第１電極１１２は、発光用電極としての機能と、受光用電極としての機能と、を有することができる。第１電極１１２としては、例えば、第１クラッド層１０４側からＣｒ層、ＡｕＧｅ層、Ｎｉ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いることができる。
【００３６】
第２電極１１４は、コンタクト層１１０（柱状部１１１）上および絶縁部１１６上に形成されている。第２電極１１４とコンタクト層１１０との接触面は、利得領域１６０と同じの平面形状を有している。図示はしないが、第２電極１１４は、コンタクト層１１０上にのみ形成されていてもよい。第２電極１１４は、コンタクト層１１０を介して、第２クラッド層１０８と電気的に接続されている。第２電極１１４は、利得領域１６０に光を生じさせるための他方の電極（発光用電極）である。第２電極１１４としては、例えば、コンタクト層１１０側からＣｒ層、ＡｕＺｎ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いることができる。
【００３７】
第３電極１１５は、基板１０１の下の全面に形成されている。第３電極１１５は、該第３電極１１５とオーミックコンタクトする層（図示の例では基板１０１）と接していることができる。第３電極１１５は、基板１０１を介して、第３クラッド層１０２と電気的に接続されている。第３電極１１５は、利得領域１６０に生じる光の一部を受光するための他方の電極（受光用電極）である。第３電極１１５としては、例えば、基板１０１側からＣｒ層、ＡｕＺｎ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いることができる。
【００３８】
（２）発光の動作原理
ｐ型の第２クラッド層１０８、不純物がドーピングされていない活性層１０６、およびｎ型の第１クラッド層１０４により、ｐｉｎダイオードが構成されることができる。第１クラッド層１０４および第２クラッド層１０８の各々は、活性層１０６よりも禁制帯幅が大きく、屈折率が小さい層である。活性層１０６は、光を増幅する機能を有する。第１クラッド層１０４および第２クラッド層１０８は、活性層１０６を挟んで、注入キャリア（電子および正孔）並びに光を閉じ込める機能を有する。
【００３９】
受発光装置１００では、第１電極１１２と第２電極１１４との間に、ｐｉｎダイオードの順バイアス電圧を印加すると、活性層１０６の利得領域１６０において電子と正孔との再結合が起こる。この再結合により発光が生じる。この生じた光を起点として、連鎖的に誘導放出が起こり、利得領域１６０内で光の強度が増幅される。例えば、図１および図２に示すように、第１利得領域１６０に生じる光のうち、第１端面１７０に向かう光１０は、第１利得領域１６０内で増幅された後、第１端面１７０から光２０として出射されることができる。同様に、第１利得領域１６０に生じる光のうち、第２端面１７２に向かう光１２は、第１利得領域１６０内で増幅された後、第２端面１７２から光２２として出射されることができる。すなわち、第１端面１７０および第２端面１７２は、出射面となることができる。
【００４０】
以上のとおり、受発光装置１００は、発光のためのｐｉｎダイオードを構成することができる。すなわち、受発光装置１００は、第１クラッド層１０４、活性層１０６、第２クラッド層１０８、第１電極１１２および第２電極１１４によって、発光素子を構成することができる。
【００４１】
（３）受光の動作原理
ｐ型の第３クラッド層１０２、不純物がドーピングされていない光吸収層１０３、およびｎ型の第１クラッド層１０４により、ｐｉｎダイオードが構成されることができる。第１クラッド層１０４および第３クラッド層１０２の各々は、光吸収層１０３よりも禁制帯幅が大きく、屈折率が小さい層である。光吸収層１０３は、光を吸収する機能を有する。第１クラッド層１０４および第３クラッド層１０２は、光吸収層１０３を挟んで、光を閉じ込める機能を有する。
【００４２】
ここで、活性層１０６と、受発光装置１００の外部（例えば空気）と、の境界となる第１端面１７０および第２端面１７２においては、屈折率の差（活性層１０６と空気との屈折率の差）が生じる。このような屈折率の不連続な部分においては、一般的に、導波路（利得領域）の伝播モードから自由空間の伝播モードへのモード変換が起こる。その際に、導波路の伝播モード以外の成分が生じ、それらの成分は、例えば上下方向に漏れ出す。そのため、例えば、第１端面１７０に向かう光１０は、上記屈折率差によって、利得領域１６０の伝播モードとは異なるモードを有し、第１端面１７０に近づくにつれて、発散する。そして、例えば、図２に示すように、活性層１０６の厚み方向に発散した光の一部は、第１クラッド層１０４内を通過して（第１クラッド層１０４内に漏れて）、光吸収層１０３に至る。すなわち、光１０は、第１端面１７０から光２０として出射されるが、光１０の一部は、第１側面１０５近傍において、光３０として第１クラッド層１０４内を通過して光吸収層１０３に至る。同様に、例えば、第２端面１７２に向かう光１２は、第２端面１７２から光２２として出射されるが、光１２の一部は、第２側面１０７近傍において、光３２として第１クラッド層１０４内を通過して光吸収層１０３に至る。光３０，３２の光量は、第１クラッド層１０４の屈折率によって、制御することができる。例えば、第１クラッド層１０４の屈折率を大きくすることによって、第１クラッド層１０４と活性層１０６との屈折率の差を小さくし、光３０，３２の光量を大きくすることができる。より具体的には、上述のとおり、第１クラッド層１０４してＡｌＧａＡｓ層を用いた場合は、Ａｌ組成比を小さくすることにより、第１クラッド層１０４の屈折率を大きくすることができる。
【００４３】
受発光装置１００では、第１電極１１２と第３電極１１５との間に、ｐｉｎダイオードの逆バイアス電圧を印加すると、光３０，３２によって光吸収層１０３に生成された電子−正孔対が加速され電流として取り出すことができる。さらに、第１クラッド層１０４および第３クラッド層１０２によって、光吸収層１０３から光が漏れることを抑制または防止することができる。
【００４４】
以上のとおり、受発光装置１００は、受光のためのｐｉｎフォトダイオードを構成することができる。すなわち、受発光装置１００は、第１クラッド層１０４、第３クラッド層１０２、光吸収層１０３、第１電極１１２および第３電極１１５によって、受光素子を構成することができる。
【００４５】
本実施形態に係る受発光装置１００の一例として、ＧａＡｓ系の場合について説明したが、受発光装置１００は、発光利得領域が形成可能なあらゆる材料系を用いることができる。半導体材料であれば、例えば、ＩｎＧａＡｌＰ系、ＡｌＧａＮ系、ＩｎＧａＮ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＧａＩｎＮＡｓ系、ＺｎＣｄＳｅ系などの半導体材料を用いることができる。
【００４６】
本実施形態に係る受発光装置１００は、例えば、プロジェクター、ディスプレイ、照明装置、計測装置などの光源に適用されることができる。
【００４７】
本実施形態に係る受発光装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００４８】
受発光装置１００では、受光素子を構成する光吸収層１０３の上方に、発光素子を構成する活性層１０６を形成することができる。そして、活性層１０６の利得領域１６０に生じる光の一部は、第１クラッド層１０４内を通過して、光吸収層１０３に至り、受光されることができる。すなわち、受発光装置１００では、発光素子および受光素子をモノリシックに集積することができる。これにより、例えば、別途、受光素子を設置する場合と比較して、部品点数の削減および製造コストの削減が可能となる。
【００４９】
受発光装置１００では、利得領域１６０に生じる光の一部を受光することによって、利得領域１６０の光出力をモニターすることができる。したがって、モニターされた光出力に基づいて、第１電極１１２および第２電極１１４に印加する電圧値を調整することができる。これにより、受発光装置１００では、輝度むらを低減し、また、明るさを自動調整することができる。なお、利得領域１６０の光出力を、印加する電圧値にフィードバックする制御は、例えば、外部電子回路（図示しない）を用いて行うことができる。
【００５０】
受発光装置１００では、第１クラッド層１０４の屈折率は、第２クラッド層１０８の屈折率より大きいことができる。より具体的には、例えば、第１クラッド層１０４および第２クラッド層１０８としてＡｌＧａＡｓ層を用いる場合、第１クラッド層１０４のＡｌ組成比は、第２クラッド層１０８のＡｌ組成比より小さいことができる。これにより、第１クラッド層１０４と活性層１０６との屈折率差は、第２クラッド層１０８と活性層１０６との屈折率差よりも小さくなり、利得領域１６０に生じる光の一部は、第１クラッド層１０４内を通過し易くなる。すなわち、第１クラッド層１０４のＡｌ組成比によって第１クラッド層１０４の屈折率を調整し、受光される光の光量を制御することができる。
【００５１】
受発光装置１００では、利得領域１６０は、第１側面１０５の垂線Ｐに対して傾いた方向に向かって設けられていることができる。さらに、利得領域１６０では、第１側面１０５側から平面的にみて、第１端面１７０と第２端面１７２とは、重なっていないことができる。これにより、上述したとおり、利得領域１６０に生じる光のレーザー発振を抑制または防止することができる。したがって、スペックルノイズを低減させることができる。さらに、受発光装置１００では、利得領域１６０に生じる光は、利得領域１６０内において利得を受けながら進行して、外部に出射されることができる。したがって、従来の一般的なＬＥＤ（Light Emitting Diode）よりも高い出力を得ることができる。以上のように、受発光装置１００では、スペックルノイズを低減でき、かつ高出力化を図ることができる。
【００５２】
１．２．  第１の実施形態に係る受発光装置の製造方法
次に、第１の実施形態に係る受発光装置１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図５〜図１２は、受発光装置１００の製造工程を模式的に示す断面図である。
【００５３】
図５に示すように、基板１０１上に、第３クラッド層１０２、光吸収層１０３、第１クラッド層１０４、活性層１０６、第２クラッド層１０８、およびコンタクト層１１０を、この順でエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法などを用いることができる。
【００５４】
図６に示すように、コンタクト層１１０および第２クラッド層１０８をパターニングする。パターニングは、活性層１０６の上面を露出しないように行う。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを用いて行われる。本工程により、柱状部１１１を形成することができる。
【００５５】
図７に示すように、柱状部１１１の側面を覆うように絶縁部１１６を形成する。具体的には、まず、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、塗布法などにより、第２クラッド層１０８の上方（コンタクト層１１０上を含む）に絶縁層（図示せず）を成膜する。次に、例えば、エッチング技術などを用いて、コンタクト層１１０の上面を露出させる。以上の工程により、絶縁部１１６を形成することができる。
【００５６】
図８に示すように、絶縁部１１６をパターニングする。より具体的には、絶縁部１１６の一部をエッチングして、第２クラッド層１０８の上面を露出させる。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを用いて行われる。
【００５７】
図９に示すように、全面に導電層１１４ａを形成する。コンタクト層１１０および絶縁部１１６上の導電層１１４ａは、第２電極１１４となる。導電層１１４ａは、例えば、真空蒸着法により形成される。
【００５８】
図１０に示すように、第２電極１１４上にレジストＲを形成する。レジストＲは、公知の方法により形成される。
【００５９】
図１１に示すように、レジストＲをマスクとして、第２クラッド層１０８上の導電層１１４ａ、第２クラッド層１０８、活性層１０６、および第１クラッド層１０４の一部をエッチングする。エッチングは、光吸収層１０３の上面が露出しないように行う。これにより、第１クラッド層１０４に窪み部１０４ａを形成することができる。
【００６０】
図１２に示すように、全面に導電層１１２ａを形成する。第１クラッド層１０４（窪み部１０４ａの底面）上の導電層１１２ａは、第１電極１１２となる。導電層１１２ａは、例えば、真空蒸着法により形成される。
【００６１】
図１３に示すように、レジストＲを除去することにより、レジストＲ上の導電層１１２ａをリフトオフする。リフトオフは、公知の方法により行われる。
【００６２】
図３に示すように、基板１０１の下面下に第３電極１１５を形成する。第３電極１１５は、例えば、真空蒸着法により形成される。
【００６３】
以上の工程により、受発光装置１００を製造することができる。
【００６４】
受発光装置１００の製造方法によれば、発光素子および受光素子をモノリシックに集積することができる受発光装置１００を形成することができる。
【００６５】
１．３．  第１の実施形態の第１変形例に係る受発光装置
次に、第１の実施形態の第１変形例に係る受発光装置２００について、図面を参照しながら説明する。図１４は、受発光装置２００を模式的に示す断面図であり、発光装置１００を模式的に示した図３に対応している。以下、第１の実施形態の第１変形例に係る受発光装置２００において、第１の実施形態に係る受発光装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６６】
受発光装置１００では、絶縁部１１６と、絶縁部１１６とが形成されていない領域、すなわち柱状部１１１を形成している領域に屈折率差を設けて、光を閉じ込める屈折率導波型について説明した。これに対し、受発光装置２００は、柱状部１１１を形成することによって屈折率差を設けず、利得領域１６０がそのまま導波領域となる、利得導波型であることができる。
【００６７】
すなわち、受発光装置２００では、図１４に示すように、コンタクト層１１０および第２クラッド層１０８は、柱状部を構成せず、その側方に絶縁部１１６は形成されない。絶縁部１１６は、利得領域１６０の上方以外のコンタクト層１１０上に形成されている。つまり、絶縁部１１６は利得領域１６０の上方に開口を有し、該開口ではコンタクト層１１０の上面が露出している。第２電極１１４は、その露出しているコンタクト層１１０上および絶縁部１１６上に形成されている。第２電極１１４とコンタクト層１１０の接触面は、利得領域１６０と同じ平面形状を有している。図示の例では、第２電極１１４とコンタクト層１１０との接触面の平面形状によって、電極１１２，１１４間の電流経路が決定され、その結果、利得領域１６０の平面形状が決定されることができる。図示の例では、第２電極１１４の上面も、利得領域１６０と同じ平面形状を有している。なお図示はしないが、第２電極１１４は、利得領域１６０の上方のコンタクト層１１０上にのみ形成されていてもよい。
【００６８】
受発光装置２００によれば、受発光装置１００と同様に、発光素子および受光素子をモノリシックに集積することができる。
【００６９】
１．４．  第１の実施形態の第２変形例に係る受発光装置
次に、第１の実施形態の第２変形例に係る受発光装置３００について、図面を参照しながら説明する。図１５は、受発光装置３００を模式的に示す平面図である。図１６は、受発光装置３００を模式的に示す図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図である。なお、図１５では、便宜上、第２電極１１４の図示を省略している。以下、第１の実施形態の第２変形例に係る受発光装置３００において、第１の実施形態に係る受発光装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７０】
受発光装置３００では、図１５および図１６に示すように、複数の利得領域１６０が配列されている。各利得領域１６０に対応して、第１電極１１２が設けられている。隣り合う利得領域１６０の間には、分離溝３８０が形成されている。分離溝３８０は、隣り合う第１電極１１２の間に形成されているともいえる。図１６に示すように、分離溝３８０の底面は、光吸収層１０３の下面より下方に位置している。図示の例では、分離溝３８０の底面は、第３クラッド層１０２の上面と下面との間に位置している。なお、溝部３８０は、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などにより形成される。
【００７１】
受発光装置３００によれば、受発光装置１００の場合に比べて、発光の高出力化を図ることができる。
【００７２】
また、受発光装置３００によれば、複数の利得領域１６０、および光吸収層１０３は、分離溝３８０によって電気的に分離されている。そのため、複数の利得領域１６０の各々の光出力をモニターすることができる。すなわち、複数の利得領域１６０の各々に対して、個別に光量検出を行うことができる。
【００７３】
２．  第２の実施形態
２．１．  第２の実施形態に係る受発光装置
次に、第２の実施形態に係る受発光装置４００について、図面を参照しながら説明する。図１７は、受発光装置４００を模式的に示す平面図である。図１８は、受発光装置４００を模式的に示す図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線断面図である。なお、図１７では、便宜上、第２電極１１４の図示を省略している。以下、第２の実施形態に係る受発光装置４００において、第１の実施形態に係る受発光装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７４】
受発光装置４００では、図１７に示すように、複数の利得領域１６０（第１利得領域１６０ａおよび第２利得領域１６０ｂ）を有し、これらが利得領域対４６２を構成している。第１利得領域１６０ａは、第１側面１０５に設けられた第１端面１７０ａと、第２側面１０７に設けられた第２端面１７２ａと、を有する。第２利得領域１６０ｂは、第１側面１０５に設けられた第１端面１７０ｂと、第２側面１０７に設けられた第２端面１７２ｂと、を有する。第１利得領域１６０ａと第２利得領域１６０ｂとは、異なる方向に向かって設けられている。図示の例では、第１利得領域１６０ａは、第１側面１０５の垂線Ｐに対して一方の側に傾いており、角度θの傾きを有する一の方向に向かって設けられている。また、第２利得領域１６０ｂは、垂線Ｐに対して他方の側（上記一方の側の反対側）に傾いており、角度θの傾きを有する他の方向に向かって設けられている。図示の例では、第１利得領域１６０ａの第１端面１７０ａと、第２利得領域１６０ｂの第１端面１７０ｂとは、重なり面４７４において完全に重なっている。第１利得領域１６０ａと第２利得領域１６０ｂとは、例えば図１７に示すように平面視において、重なり面４７４の中心を通る垂線Ｐに対して、線対称の関係にある。
【００７５】
利得領域１６０ａ，１６０ｂに生じる光の波長帯において、第１側面１０５の反射率は、第２側面１０７の反射率よりも高い。例えば、図１７および図１８に示すように、第１側面１０５を反射部４３０によって覆うことにより、高い反射率を得ることができる。反射部４３０は、例えば誘電体多層膜ミラーなどである。具体的には、反射部４３０としては、例えば、第１側面１０５側からＳｉＯ２層、Ｔａ２Ｏ５層の順序で１０ペア積層したミラーなどを用いることができる。第１側面１０５の反射率は、１００％、あるいはそれに近いことが望ましい。これに対し、第２側面１０７の反射率は、０％、あるいはそれに近いことが望ましい。すなわち、受発光装置４００では、第１端面１７０ａ，１７０ｂは反射面となり、第２端面１７２ａ，１７２ｂは出射面となる。なお、反射部４３０としては、上述した例に限定されるわけではなく、例えば、Ａｌ２Ｏ３層、ＴｉＯ２層、ＳｉＮ層や、これらの多層膜などを用いることができる。反射部４３０は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法、イオンアシスト蒸着(Ion Assisted Deposition)法などにより形成されることができる。
【００７６】
図１７に示すように、例えば、第１利得領域１６０ａに生じる光の一部１０は、第１利得領域１６０ａ内で増幅された後、重なり面４７４において反射して、第２利得領域１６０ｂの第２端面１７２ｂから出射光２２として出射されるが、反射後の第２利得領域１６０ｂ内においても光強度が増幅される。同様に、第２利得領域１６０ｂに生じる光の一部は、第２利得領域１６０ｂ内で増幅された後、重なり面４７４において反射して、第１利得領域１６０ａの第２端面１７２ａから出射光２２として出射されるが、反射後の第１利得領域１６０ａ内においても光強度が増幅される。なお、第１利得領域１６０ａに生じる光には、直接、第１利得領域１６０ａの第２端面１７２ａから出射光２２として出射されるものもある。同様に、第２利得領域１６０ｂに生じる光には、直接、第２利得領域１６０ｂの第２端面１７２ｂから出射光２２として出射されるものもある。これらの光も同様に各利得領域１６０ａ，１６０ｂ内において増幅される。
【００７７】
図１８に示すように、第１利得領域１６０ａに生じた第１端面１７０ａに向かう光１０は、活性層１０６と反射部４３０との屈折率の差によって、第１利得領域１６０ａの伝播モードとは異なるモードを有し、第１端面１７０ａに近づくにつれて、発散する。特に、第１利得領域１６０ａに生じた光１０は、第１利得領域１６０ａと第２利得領域１６０ｂとの間の距離が小さくなる折り返し部分において、第２利得領域１６０ｂ内を進行する光の影響を受け、伝播モードが変化しやすい。そして、例えば、活性層１０６の厚み方向に発散した光の一部（光３０）は、第１クラッド層１０４内を通過して（第１クラッド層１０４内に漏れて）、光吸収層１０３に至る。すなわち、光１０は、重なり面４７４において反射して第２利得領域１６０ｂ内を進行するが、光１０の一部は、第１側面１０５近傍において、光３０として第１クラッド層１０４内を通過して光吸収層１０３に至る。このことは、第２利得領域１６０ｂに生じた第１端面１７０ｂに向かう光についても同様である。
【００７８】
受発光装置４００によれば、上述のとおり、第１利得領域１６０ａに生じる光の一部１０は、重なり面４７４において反射して、第２利得領域１６０ｂ内においても、利得を受けながら進行することができる。また、第２利得領域１６０ｂに生じる光の一部に関しても同様である。したがって、受発光装置４００では、例えば、重なり面４７４において積極的に反射させないような場合に比べ、光強度の増幅距離が長くなるため、高い光出力を得ることができる。
【００７９】
２．２．  第２の実施形態の変形例に係る受発光装置
次に、第２の実施形態の変形例に係る受発光装置５００について、図面を参照しながら説明する。図１９は、受発光装置５００を模式的に示す平面図である。図２０は、受発光装置５００を模式的に示す図１９のＸＸ−ＸＸ線断面図である。なお、図１９では、便宜上、第２電極１１４の図示を省略している。以下、第２の実施形態の変形例に係る受発光装置５００において、第２の実施形態に係る受発光装置４００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００８０】
受発光装置５００では、図１９に示すように、複数の利得領域対４６２が配列されている。各利得領域対４６２に対応して、第１電極１１２が設けられている。隣り合う利得領域対４６２の間には、分離溝５８０が形成されている。分離溝５８０は、隣り合う第１電極１１２の間に形成されているともいえる。図２０に示すように、分離溝５８０の底面は、光吸収層１０３の下面より下方に位置している。図示の例では、分離溝５８０の底面は、第３クラッド層１０２の上面と下面との間に位置している。なお、溝部５８０は、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などにより形成される。
【００８１】
受発光装置５００によれば、受発光装置４００の場合に比べて、発光の高出力化を図ることができる。
【００８２】
また、受発光装置５００によれば、複数の利得領域対４６２、および光吸収層１０３は、分離溝５８０によって電気的に分離されている。そのため、複数の利得領域対４６２の各々の光出力をモニターすることができる。すなわち、複数の利得領域対４６２の各々に対して、個別に光量検出を行うことができる。
【００８３】
なお、上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【００８４】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００８５】
１０  光、１２  光、２０  光、２２  光、３０  光、３２  光、１００  受発光装置、１０１  基板、１０２  第３クラッド層、１０３  光吸収層、１０４  第１クラッド層、１０５  第１側面、１０６  活性層、１０７  第２側面、１０８  第２クラッド層、１１０  コンタクト層、１１１  柱状部、１１２  第１電極、１１４  第２電極、１１５  第３電極、１１６  絶縁部、１６０  利得領域、１７０  第１端面、１７２  第２端面、２００  受発光装置、３００  受発光装置、３８０  分離溝、４００  受発光装置、４３０  反射部、４６２  利得領域対、４７４  重なり面、５００  受発光装置、５８０  分離溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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